双相TiAl合金α2／γ面电子结构计算与增韧机制分析

基于余氏固体与分子经验电子理论(EET)和程氏改进的TFD理论提出了计算双相TiAl合金层片状结构α2／γ界面电子结构的计算模型与方法，计算了含常用合金元素的单相TiAl合金与双相TiAl合金中的异相界面的电子结构，利用界面电子结构给出的信息-界面结合因子ρ，Δρ,σ，以合金元素Mn为例初步分析讨论了双相TiAl合金层片状结构增加韧性的微观机制。     

全片层组织TiAl-Nb合金屈服强度的价键理论计算

在TiAl基合金相空间与相界面价电子结构计算的基础上,利用表征相结构单元成键能力的相结构因子F与表征界面结合强度的界面结合因子△ρ给出了一种计算TiAl基合金屈服强度的方法.该方法以实验数据为基础,进行回归分析求α2相体积分数,以理论屈服强度与实际屈服强度之差是否满足一级近似作为合金基体γ相强度σs^γ-TiAl取值的判据,用相结构单元最强键上的共用电子对数nA计算Nb在γ相与α2相中的含量Wγ^Nb和Wα2^Nb.计算了全片层TiAl,TiAl-8Nb,TiAl-10Nb合金的屈服强度,与实测值比较,理论计算结果令人满意.     

CuCrSnZn合金析出相价电子结构计算与强化机理分析

基于经验电子理论(EET理论)及程氏改进的TFD理论,计算了CuCrSnZn合金时效处理后析出的析出相Cr与基体Cu形成的α-Cu(111)/Cr(110)相界面的价电子结构,利用界面结合因子ρ、△ρ分析了合金界面电子结构与合金的析出强化和软化温度的关系.结果表明,α-Cu(111)/Cr(110)晶面电子密度差较大,界面应力较大,有效阻碍了位错的运动和界面的推移,从而提高了合金的强度和软化温度.     

CuCrSnZn合金性能与析出相界面电子结构关系的研究

通过EET和TFD两种理论计算了CuCrSnZn合金的相空间和析出相界面的电子结构,并分析了合金电子结构对其强度和软化温度的影响。结果表明,合金中的电子排列密度ρCr为29.67/nm2,ρCu为34.22/nm2,密度差Δρ为14.2%。相界面电子密度越大,合金的强化就越明显。相界面电子密度差越大,合金的软化温度就越高。     

气流磨处理钨粉的研究

在1143～1213 K、120～1500 s参数范围内以Ag-Cu-Ti箔为钎料对TiAl合金与42CrMo钢进行了真空钎焊试验.采用光学显微镜、扫描电镜、元素面扫描和能谱分析等方法对界面组织进行了分析,测量了界面反应层厚度.分析了界面反应层的形成过程及受控因素,计算了反应层成长的动力学参数.结果表明,接头界面反应层包括靠近TiAl合金的AlCuTi+Ti3Al层、AlCu2Ti层以及靠近42CrMo钢的TiC层,其成长活化能分别为324.97、207.97、338.03 kJ/mol.TiAl合金与钎科的界面反应层受控于液态钎料中的Cu元素,成长较快:42CrMo钢与钎料间的TiC层受控于固态钢中C元素,成长较慢.脆性反应层AlCuTi+Ti3Al层厚度为3.3μm时接头强度最高,脆性层厚度继续增大,接头强度显著下降.     

SiC陶瓷与TiAI合金的真空钎焊

采用Ag-Cu-Ti钎料对常压烧结的SiC陶瓷与TiAl金属间化合物进行了真空钎焊,并对接头的微观组织和室温强度进行了研究。结果表明,利用Ag-Cu-Ti钎料可以实现SiC与TiAl的连接;接头界面具有明显的层状结构,即由Ti-Cu-Si合金层、富Cu相与富Ag相的双相层和Ti-Al-Cu合金层组成;在1173K和10min的钎焊条件下,接头室温剪切强度达到173MPa。     

Y, Nb对快速凝固TiAl合金组织和性能的影响

研究了元素Y和Nb对用熔体快淬法制备的TiAl基快速凝固合金组织及性能的影响。发现添加Y的快速凝固TiAl合金主要为等轴晶,主要组成相为α2和少量的γ相。随着Y含量的增加,γ相的含量增加,快速凝固TiAl合金的组织逐渐细化。不同Nb含量的快速凝固TiAl合金的组织为块状结构和层片状结构,主要由γ和α2两相组成,层片间距显著细化,为15～17nm。快速凝固TiAl合金的硬度比其铸态合金显著提高。     

TiAl合金定向凝固过程中与坩埚材料的界面反应研究

对定向凝固过程中Ti-47Al合金与氧化铝、氧化锆和石墨坩埚之间的界面反应进行实验研究.通过用光学显微镜和扫描电镜对凝固组织观察发现,TiAl合金与氧化铝坩埚之间的界面反应较为严重,在凝固组织中形成了大量氧化铝夹杂;TiAl合金与氧化锆坩埚的界面反应仅发生在试样表面,但该坩埚在高温下不稳定,并在试棒表面形成一层无法剥离的粘结层;石墨坩埚中的C元素改变了原有TiAl合金的凝固路径,生成了棒状的γ-TiAl相.     

离心熔模精铸TiAl合金与ZrO2型壳的界面反应

选用CaO增强的ZrO2作为TiAl熔模精密铸造用陶瓷型壳的面层材料,通过OM、SEM、EDS和XRD对TiAl合金界面反应处进行形貌分析和元素线扫描分析,研究离心熔模铸造TiAl合金与ZrO2型壳的界面反应.结果表明:在较低的转速(200 r/min)条件下,ZrO2陶瓷与TiAl合金的反应层厚度较小,大约为5 μm;而在较高的转速(400 r/min)情况下,ZrO2陶瓷与TiAl合金的反应层厚度约为20 μm,界面有轻微粘砂.     

合金相结合因子和界面结合因子的计算方法及其在合金设计中的应用

以固体与分子经验电子理论（ＥＥＴ）和改进的Ｔｈｏｍａｎ－Ｆｅｒｍｉ－Ｄｉｒａｃ（ＴＦＤ）理论为基础,以合金奥氏体,合金马氏体及其界面为例,给出了相结构因子ｎＡ,Ｆ＾Ｄｃ,Ｓ和界面结合因子ρ,△ρ,σ的计算方法,计算了常用合金元素在０．２％Ｃ和１．０％Ｃ钢中的相结合因子和界面结合因子,用相结构因子和界面结合因子阐述了强韧性良好的２０ＣｒＮｉ３钢和２０Ｃｒ２Ｎｉ４钢的强韧化机制和耐磨性极高的ＺＧＢＭｎ     

从电子结构和成键特性分析高Cu/Mg比Al-Cu-Mg-Ag合金强化机制

提出了计算高Cu/Mg比Al-Cu-Mg-Ag合金主要析出相W相及相界面电子结构的计算模型与方法,从合金相结构因子和相界面结合因子分析了合金的强化机制。基于余氏的固体分子经验电子理论和程氏改进的TFD理论,对Al-Cu-Mg-Ag合金主要析出相Ω相及相界面电子结构进行了计算,发现合金相及相界面价电子结构与合金强化机制有密切的关系,并从电子结构层次上阐释分析了合金中θ′, Ω,θ相的竞争相析出机制及对合金强化机制的影响     

合金γ-TiAl价电子结构的计算及其力学性能

利用固体与分子经验电子理论计算了合金γ-TiAl及γ-TiAl、α—Ti、β-Ti、α2-TiAl的价电子结构；利用价电子结构给出的信息-相结构因子αN、F、ρL/V、ρC/V和键络的空间分布nα，讨论了γ-TiAl、合金γ-TiAl的价电子结构及其与力学性能的关系，分析了合金元素的合金化行为，提出了改善γ合金力学性能的有效途径。     

ZA27合金Ti变质机理电子理论研究

采用分子动力学法建立了熔体ZA27合金模型,并通过计算机模拟获得α相-熔体ZA27界面、α相- TiAl3化合物界面原子集团.用递归法计算了α相、TiAl3化合物的结构能,α相与熔体金属,α相与TiAl3化合物的界面能.计算结果表明：TiAl3化合物的结构能高于α相的结构能,合金凝固时TiAl3化合物先于α相从熔体中析出;α相与TiAl3化合物间的界面能低于α相与熔体金属间的界面能,α相以TiAl3化合物为基体形核比之从熔体金属直接形核增加的界面能少,可减少形核功,因此,TiAl3可成为α相的异质核心,增加α相形核率,细化合金组织.     

Nb、Mo对TiAl基合金高温氧化行为的协同效应研究

采用冷坩埚悬浮熔炼技术制备Nb、Mo合金化的TiAl基合金,研究合金在大气环境中的高温长时氧化行为。采用X射线衍射、扫描电镜及能谱分析研究氧化层的相结构、显微组织及与基体合金的界面特征,结合氧化动力学测试研究Nb、Mo对TiAl基合金高温抗氧化行为的协同效应。结果发现,Nb、Mo协同作用较单一元素合金化的TiAl合金具有更为优良的高温抗氧化性,连续致密且与基体良好结合的氧化膜可明显降低合金的氧化速率、减小氧化增重。Nb、Mo掺杂的TiAl基合金氧化层可阻止氧原子向内扩散,Nb、Mo的协同效应有助于改善TiAl基合金的高温抗氧化性。     

基于分子动力学的3D打印TiAl纳米多晶合金变形机制及其温度相关性分析

借助透射电镜观察和分子动力学计算,对3D打印Ti-6Al-4V合金的变形行为及其温度相关性进行了系统研究。结果表明,温度在TiAl纳米多晶体变形机制的竞争中起关键作用。当温度低于800 K,平均晶粒尺寸低于8.3 nm的单相TiAl纳米多晶合金首先出现位错运动,且层错保留在晶粒中并形成交错结构。同时,大尺寸晶粒(≥8.3 nm)为位错运动提供了足够的空间,很少在晶粒中形成层错。在双相TiAl+Ti₃Al纳米多晶合金中,层错的交割是低应变(ε<18.0%)TiAl晶粒的主要变形机制,并且Ti₃Al晶粒保持其初始结构。当ε≥18.0%时,Ti₃Al晶粒中的位错开始运动并形成层错交割。当温度高于800 K时,Ti和Al原子处于高能状态,主要的变形机制与具有非晶结构的滑移边界有关。非晶滑移边界及再结晶结构是双相TiAl+Ti₃Al纳米多晶合金组织变形的最重要特征。     

RE(RE=Y,La,Ce,Lu)对TiAl性能影响的计算研究

基于密度泛函理论的第一性原理,探讨了稀土金属元素RE(RE=Y,La,Ce,Lu)合金化对TiAl力学性能的影响。通过计算TiAl合金形成能发现:富Al(Ti8Al7Al)晶体结构比富Ti(Ti_7Al_8Ti)晶体结构更稳定,稀土金属元素RE合金化TiAl合金晶体结构的能量比合金化前有所下降,合金化可提高体系的结构稳定性。通过态密度、Bander电荷密度等分析,发现稀土金属元素RE合金化提高TiAl力学性能的根本原因是:合金化元素RE的电子与周围的Ti原子产生了电荷转移,导致Ti原子失电子数增加,使Ti-Al之间离子性相互作用减弱,共价性相互作用增强,增加TiAl的结构稳定性。同时,RE合金化可降低TiAl合金体系的脆性,增加体系的韧性,其中作用效果从大到小依次是:YCeLaLu。     

层片状双相TiAl合金拉伸与压缩变形行为差异

本文研究了层片状双相TiAl合金的室温拉伸压缩变形行为与断裂行为,发现在拉压变形条件下,其室温塑性有显著差异.并且这种差异与裂纹扩展路径有关.在室温拉伸与压缩变形时,该合金的拉压屈服应力随外载与层片界面间的夹角φ的变化趋势一致,而拉压断裂应变εf随夹角φ的变化趋势正好相反.外载与层片界面垂直时(φ=90°),拉伸断裂应变最小(εf≈0);压缩断裂应变最大(εf≈38%).夹角φ减小时,拉伸断裂应变增加,压缩断裂应变减小.在拉、压变形时裂纹的扩展路径不同.     

Ti-4.5Al-5Mo-1.5Cr合金增韧的价电子理论研究

利用余氏固体与分子经验电子理论和程氏改进的TFD理论计算了Ti-4.5Al-5Mo-1.5Cr与Ti-6Al-4V两种合金的相空间及其异相界面价电子结构。利用价电子结构参数－相结构因子和界面结合因子，分析讨论了合金元素Mo,Cr和V对Ti-4.5Al-5Mo-1.5Cr与Ti-6Al-4V钛合金相空间及其异相界面价电子结构的影响，进而在电子结构层次上揭示了Ti-4.5Al-5Mo-1.5Cr合金增韧的微观本质原因。     

TiAl/Ag-Cu/Ti/W-Cu钎焊接头的界面结构及连接机理

采用Ag-Cu/Ti叠层活性钎料实现了TiAl基合金与W-Cu合金的钎焊连接,获得了良好的钎焊接头。利用SEM,EDS等微观手段,分析了接头界面结构和元素分布情况,并探讨接头连接机理。研究结果表明:TiAl/AgCu/Ti/W-Cu典型界面微观结构为TiAl/Cu-Ti/Cu基固溶体+Ag基固溶体+Ag-Cu共晶/Cu-Ti+Cu基固溶体/WCu。TiAl侧的连接主要靠Cu-Ti反应层的生成,W-Cu侧主要为钎料中Ag向W-Cu中扩散形成的Cu基固溶体实现连接。     

TiAl基合金片层结构粗化行为研究进展

片层结构是TiAl合金中最重要的微观结构形态。综述了当前TiAl合金片层结构粗化的研究进展,介绍了TiAl合金片层结构的连续粗化和不连续粗化类型,分析了粗化行为的热力学驱动力来源,包括化学体积自由能、界面能、弹性应变能和晶界能,简述了粗化的动力学特征,并讨论了影响粗化行为的各种因素,包括温度、时间、组织条件和合金元素等。在此基础上研究了Ti-4822合金片层结构的粗化行为,描述并分析了片层高温下连续粗化与不连续粗化行为的特征,及其随温度与时间的变化规律。发现在1160 ℃,两种粗化方式存在明显的竞争关系。在共析温度附近,不连续粗化占据优势地位,而在更高的温度（高于1200 ℃）,不连续粗化被抑制,连续粗化占据主导地位。